2022年山東高考物理試題中關鍵能力的考查研究

吳 賓

威海市第三中學，山東 威海 264212

1 引言

2022年高考物理試題，繼續深化從“考知識”到“考能力”的轉化，進一步落實《中國高考評價體系》中的考查內容。《中國高考評價體系》明確指出，高考考查內容包含四個方面：核心價值、學科素養、關鍵能力、必備知識[1]。高中物理學科的關鍵能力，包含以下五個方面：理解能力、推理論證能力、模型建構能力、實驗探究能力、創新能力[2]。2022年山東高考物理試題就從以上5種關鍵能力下功夫，落實物理學科關鍵能力的考查。

近年來，以物理學科核心素養為導向的高考試題研究很多，但是從5種關鍵能力角度分析高考物理試題的研究很少。基于此，本研究以2022年山東物理高考卷為研究對象，評析高考試題如何在5種關鍵能力上進行考查，以期深入認識高考對關鍵能力考查的命題特色與趨勢，為教師教學和備考提供建議。高考試題每一個題目，并不是單獨考查某一種關鍵能力，而往往考查多種關鍵能力；同時，高考試題的大多數題目又是以某一關鍵能力作為考查重點。本研究每一種關鍵能力借助一個典型試題進行剖析。

2 高考對理解能力的考查

理解能力指的是理解知識的意義，把握物理情境的本質特征，能將知識與情境聯系起來，并運用已有的知識和方法解決問題[3]。

例1（2022年山東高考物理第6題）“羲和號”是我國首顆太陽探測科學技術試驗衛星。如圖1所示，該衛星圍繞地球的運動視為勻速圓周運動，軌道平面與赤道平面接近垂直。衛星每天在相同時刻，沿相同方向經過地球表面A點正上方，恰好繞地球運行n圈。已知地球半徑為地軸R，自轉周期為T，地球表面重力加速度為g，則“羲和號”衛星軌道距地面高度為（ ）

圖1 原題配圖

評析：高考每個試題都會考查學生理解能力。理解能力是其他關鍵能力的前提和基礎。學生不具備理解能力，其他能力的培養就無從談起。不具備理解能力，學生擁有的物理概念、規律、方法等便無法正確使用。

3 高考對推理論證能力的考查

推理論證能力指的是能根據已知的物理事實、物理知識，通過分析、推理和論證，得出正確結論并作出正確解釋的能力[3]。

例2（2022年山東高考物理第8題）無人配送小車某次性能測試路徑如圖2所示，半徑為3 m的半圓弧BC與長8 m的直線路徑AB相切于B點，與半徑為4 m的半圓弧CD相切于C點。小車以最大速度從A點駛入路徑，到適當位置調整速率運動到B點，然后保持速率不變依次經過BC和CD。為保證安全，小車速率最大為4 m/s。在ABC段的加速度最大為2 m/s2，CD段的加速度最大為1 m/s2。小車視為質點，小車從A到D所需最短時間t及在AB段做勻速直線運動的最長距離l為（ ）

圖2 原題配圖

評析：推理能力是敏銳地思考分析、快捷反應、迅速地掌握問題的核心，在最短時間內作出合理正確的選擇。本題所需物理知識較為簡單，但是題目中無人配送小車的運動過程較多，題目解答起來非常繁瑣。所以，解答本題的關鍵不是物理知識和方法，而是要迅速作出反應，按部就班地進行分析、推理、運算。本題過程復雜，沒有簡單的解題方法，如果尋找捷徑，則會浪費時間，且徒勞無功。

推理論證能力的培養需要學生在安靜環境下進行長時間獨立思考、獨立分析，通過紙筆運算、畫圖等方式，才能嚴謹地得出答案。

4 高考對模型建構能力的考查

模型建構能力是指能從物理現象中抽象出其主要特征，并通過類比、想象等方法建構其結構、關系等物理模型，并能用物理語言進行描述，在實際問題中能運用物理模型解決問題的能力[3]。

圖3 原題附圖

（1）當離子甲從A點出射速度為v0時，求電場強度的大小E；

（2）若使離子甲進入磁場后始終在磁場中運動，求進入磁場時的最大速度vm；

解析（1）如圖4所示：

圖4 離子甲在電場中的運動分析

將離子甲從A點出射速度為v0分解到沿y軸方向和z軸方向，離子受到電場力沿y軸負方向，可知離子沿z軸方向做勻速直線運動，沿y軸方向做勻減速直線運動，從A到O的過程，有

（2）離子從坐標原點O沿z軸正方向進入磁場I中，在磁場I中做勻速圓周運動，經過磁場I偏轉后從y軸進入磁場II中，繼續做勻速圓周運動，如圖5所示。

圖5 離子進入磁場后運動分析

由洛倫茲力提供向心力可得

為了使離子在磁場中運動，則離子在磁場I中運動時，不能從磁場I上方穿出。在磁場II中運動時，不能從xOz平面穿出，則離子在磁場中運動的軌跡半徑需滿足

要使離子甲進入磁場后始終在磁場中運動，進入磁場時的最大速度為。

離子在磁場II中的軌跡半徑為

離子從O點第一次穿過到第四次穿過xOy平面的運動情景，如圖6所示。

圖6 離子甲在磁場中運動軌跡分析

離子第四次穿過xOy平面的x坐標為

x4＝2r2′sin45°＝d

離子第四次穿過xOy平面的y坐標為

y4＝2r′1＝d

故離子第四次穿過xOy平面的位置坐標為（d，d，0）。

（4）設離子乙的速度為v′，根據離子甲、乙動能相同，可得

可得

離子甲、乙在磁場I中的軌跡半徑分別為

離子甲、乙在磁場II中的軌跡半徑分別為

根據幾何關系可知離子甲、乙運動軌跡第一個交點在離子乙第一次穿過x軸的位置，如圖7所示。

圖7 離子甲、乙在磁場中運動軌跡分析

從O點進入磁場到第一個交點的過程，有

可得離子甲、乙到達它們運動軌跡第一個交點的時間差為

評析：模型建構是物理學科核心素養中的重要要素之一，高考十分重視模型建構能力的考查。本題以中國“人造太陽”為背景進行命題，考查學生的模型建構能力，且對學生將來進行科學探究或從事科學或工程實踐有引導作用。

本題涉及的模型主要是過程模型，過程模型是對具體物理過程純粹化、理想化的抽象。本題中的過程模型包含勻速直線運動、勻變速直線運動、勻速圓周運動等，幾種過程模型相組合，無疑增大了題目的難度，需要考生具備一定的空間想象能力。將幾種模型進行綜合的命題，實際上考查了學生的高階思維能力。

在教學和備考中，教師應該讓學生學會建構物理模型解決問題，而不是熟悉解題套路解答問題。

5 高考對實驗探究能力的考查

實驗探究能力指的是能獨立完成基本的學生實驗，能針對具體探究的問題，根據已有條件制訂實驗探究方案，根據實驗數據形成合理結論并作出科學解釋和評價的能力[3]。

例4（2022年山東高考物理第14題）某同學利用實驗室現有器材，設計了一個測量電阻阻值的實驗。實驗器材：

干電池E（電動勢1.5 V，內阻未知）；

電流表 A1（量程 10 mA，內阻為 90 Ω）；

電流表 A2（量程 30 mA，內阻為 30 Ω）；

定值電阻 R0（阻值為 150 Ω）；

滑動變阻器R（最大阻值為100 Ω）；

待測電阻Rx；

開關S，導線若干。

測量電路如圖8所示。

圖8 原題附圖

（1）斷開開關，連接電路，將滑動變阻器R的滑片調到阻值最大一端。將定值電阻R0接入電路；閉合開關，調節滑片位置，使電流表指針指在滿刻度的處。該同學選用的電流表為_______（填“A1”或“A2”）；若不考慮電池內阻。此時滑動變阻器接入電路的電阻值應為________Ω。

（2）斷開開關，保持滑片的位置不變。用Rx替換R0，閉合開關后，電流表指針指在滿刻度的處，則Rx的測量值為________Ω。

（3）本實驗中未考慮電池內阻，對Rx的測量值 _________（填“有”或“無”）影響。

評析：高考通過實驗題來考查考生的實驗探究能力。本題中，測量電阻阻值的實驗是基本學生實驗，要求學生選擇合理的實驗器材，并依據已有條件制訂實驗方案，得出實驗數據，并對實驗數據作出科學解釋和評價。

解答本題的關鍵是依據實驗方案，弄清楚實驗原理，否則就無法正確解析第（2）問和第（3）問。測量電阻阻值的實驗雖是常規實驗，但是學生無法通過死記硬背在本題中得分。所以，在教學中，教師應該培養學生的實驗探究能力，而不是讓學生死記硬背實驗目的、原理、器材、步驟、結論等。

6 高考對創新能力的考查

創新能力指的是在已有經驗的基礎上，通過自主學習和獨立思考，發現新問題、獲取新知識、創造新方法、解決新問題的能力[3]。新高考之后，物理學科的創新能力主要通過實驗題來考查學生。

例5（2022年山東高考物理第13題）在天宮課堂中，我國航天員演示了利用牛頓第二定律測量物體質量的實驗。受此啟發，某同學利用氣墊導軌、力傳感器、無線加速度傳感器、輕彈簧和待測物體等器材設計了測量物體質量的實驗，如圖9所示。主要步驟如下：

圖9 原題附圖

①將力傳感器固定在氣墊導軌左端支架上，加速度傳感器固定在滑塊上；

②接通氣源，放上滑塊，調平氣墊導軌；

③將彈簧左端連接力傳感器，右端連接滑塊。彈簧處于原長時滑塊左端位于O點。A點到O點的距離為5.00 cm，拉動滑塊使其左端處于A點，由靜止釋放并開始計時；

④計算機采集獲取數據，得到滑塊所受彈力F、加速度a隨時間t變化的圖像，部分圖像如圖10乙所示。

回答以下問題（結果均保留兩位有效數字）：

（1）彈簧的勁度系數為_____N/m。

（2）該同學從圖乙中提取某些時刻F與a的數據，畫出a-F圖像如圖10丙中I所示，由此可得滑塊與加速度傳感器的總質量為_______kg。

圖 10 F-t、a-t、a-F 圖像

（3）該同學在滑塊上增加待測物體，重復上述實驗步驟，在圖丙中畫出新的a-F圖像Ⅱ，則待測物體的質量為________kg。

評析：實驗創新的方法有多種，如實驗原理創新、實驗器材創新、數據處理方法創新等方式，一個創新實驗往往需要多種創新。利用牛頓第二定律測量物體質量的實驗并不是課程標準中要求的實驗。實驗室測量質量常使用天平，而本題使用牛頓第二定律來測量，這屬于實驗原理創新。本實驗中采用了力傳感器和計算機，屬于實驗器材創新。本實驗畫出a-F圖像，讓考生通過圖像得出質量，屬于數據處理創新。

近三年山東高考物理試題，實驗題均為兩個，其中有一個是課程標準規定的實驗之外的實驗，高考借助這類實驗題來考查學生的創新能力。我們無法預測未來的山東高考物理卷考查何種創新實驗，但無論如何創新，題目涉及的知識均為高考物理所要求的知識。教師在教學中有意識地培養和提升學生的創新能力，就可以讓學生很好地應對此類題目。

7 結語

高考結束后，學生戲言“老師教了的都沒考，高考考的都沒學”。這在一定程度上反映出，在新高考背景下，很多教師沒有轉變思想，在教學中想方設法讓學生多學會幾道題目，而不是培養和提升學生物理學科的關鍵能力，最終導致學生在高考中覺得“高中三年物理白學了”。